Galvaniseret lagdannelsesproces: metallurgi af varme-zinkbelægninger

Oversigt over galvaniseringsreaktionen

Varmgalvaniseringsprocessen danner en metallurgisk bundet zinkbelægning på stål gennem en række diffusionsreaktioner mellem jern og smeltet zink. Når stålemnet nedsænkes i smeltet zink ved ca. 450 grader, befugter zinken først den rene ståloverflade og opløser en lille mængde jern, hvorefter jern og zink interdiffunderer for at danne en sekvens af jern-intermetalliske zinklag. Ovenpå disse vokser det yderste lag af næsten ren zink, der giver galvaniserede produkter deres karakteristiske udseende.

Fase 1: Dannelse af jern-fast zinkopløsning

I nedsænkningsøjeblikket opløses zinkatomer i stålets overflade og danner en fast alfa-jernopløsning, hvori zink er opløst i kroppens-centrerede kubiske jerngitter. Dette tynde lag er grundlaget for belægningen: Sammensmeltningen mellem de to metaller er ikke en simpel mekanisk binding, men en ægte metallurgisk binding, hvorfor belægningen hæfter så stærkt og overlever bøjning og stød.

Fase 2: Vækst af intermetalliske faser

Når først den faste opløsning er mættet med zink, fortsætter reaktionen ved diffusion. Zinkatomer migrerer ind i jerngitteret, mens jernatomer diffunderer udad i den smeltede zink, og en række intermetalliske forbindelser dannes ved grænsefladen. I en normal varm-belægning består strukturen af ​​gamma- og deltafaserne tæt på stålet (rig på jern) og zetafasen længere ude, hver med en karakteristisk hårdhed og sammensætning. Det overordnede intermetalliske lag er hårdt og slidbestandigt-, mens det ydre lag forbliver blødt og sejt.

Trin 3: Dannelse af det rene zinklag

Når emnet trækkes ud af badet, bærer det et lag af smeltet zink, der størkner til den ydre eta-fase: en sekskantet tæt-pakket struktur af næsten ren zink med et jernindhold på ikke mere end omkring 0,003 %. Eta-laget er den synlige, reflekterende overflade af belægningen. Dens tykkelse styres af tilbagetrækningshastigheden og af gasaftørring i kontinuerlige linjer; ved batch galvanisering er det styret af nedsænkningstiden, badets temperatur og stålkemien.

Dannelse af zinkslagg

Ikke alt det jern, der opløses i badet, når overfladen af ​​emnet. En del reagerer med zink i smelten og danner intermetalliske partikler, der er tættere end den smeltede zink og synker til bunden af ​​galvaniseringsgryden, hvor de samler sig som bunddross. Topslagg dannes ved oxidation ved badets overflade. Begge former fjerner zink fra nyttig cirkulation, så badstyring, herunder temperaturkontrol, aluminiumtilsætning og regelmæssig skimming, er afgørende for at holde belægningskvaliteten stabil og zinkforbruget økonomisk.

Effekt af stålkemi og procesvariabler

Reaktionshastigheden afhænger stærkt af silicium- og fosforindholdet i stålet, fordi disse elementer accelererer jern-zink-interdiffusion. Moderne praksis tilføjer en lille mængde aluminium til badet, typisk 0,1-0,3 % til batcharbejde, som danner et tyndt hæmmende lag, der forsinker jern-zinkreaktionen og giver en tyndere, mere sej belægning. Badtemperatur, nedsænkningstid, tilbagetrækningshastighed og ståloverfladens ruhed påvirker alle den endelige belægningstykkelse og struktur.

Belægningsstruktur og egenskaber

Den komplette belægning er derfor en lagdelt komposit: en tynd alfa-fast opløsning af jern, et hårdt intermetallisk område (gamma-, delta- og zetafaser), der giver vedhæftning og slidstyrke, og et blødt rent-zink-eta-lag, der giver korrosionsbeskyttelse og udseende. Denne komposit opfører sig anderledes end en enkelt-belægning: De intermetalliske lag er hårde og sprøde, mens eta-laget bøjes og deformeres med stålet. Til pladeprodukter foretrækkes en tynd belægning med en lille intermetallisk fraktion af hensyn til formbarhed; til konstruktionssektioner vælges en tyk belægning for maksimal korrosionslevetid.

Standarder og verifikation

Belægningstykkelse og masse er verificeret i forhold til produktstandarderne: ISO 1461 for varmgalvaniserede belægninger på fremstillede jern- og stålartikler, GB/T 13912 som den kinesiske ækvivalent og EN 10346 eller ISO 3575 for kontinuerlig galvaniseret plade. Belægningstykkelse måles med magnetiske målere eller ved den gravimetriske metode, og vedhæftningen vurderes ved bøjnings- og slagprøver. Den lagdelte struktur kan undersøges metallografisk for at bekræfte, at alle faser er til stede i de korrekte proportioner.

FAQ

Hvorfor viser galvaniseret stål et spændt udseende?

Spanglen dannes, når det smeltede zinklag størkner, og zinkkrystaller vokser udad fra kernedannelsespunkter. Spangles størrelse afhænger af badets sammensætning, afkølingshastighed og tilstedeværelsen af ​​spangle-fremmende elementer i traditionelle bade.

Hvad er forskellen mellem eta-laget og legeringslagene?

Eta-laget er næsten ren zink, blødt og duktilt. Legeringslagene under den er jern--zink-intermetalliske faser, der er hårdere og mere sprøde, og de giver den metallurgiske binding til stålet.

Hvorfor tilsættes aluminium til galvaniseringsbadet?

Aluminium danner et tyndt hæmmende lag ved ståloverfladen, der forsinker jern-zinkreaktionen, hvilket giver en tyndere, mere ensartet og mere sej belægning. Dette er vigtigt for galvaniseret plade, der skal rulle-formes eller dybt-trækkes.

Hvordan fjernes zinkslagg fra gryden?

Bundslagg fjernes med jævne mellemrum ved en skum- eller pumpeoperation, når potten serviceres, og topslagg skummes jævnligt under produktionen. God temperaturkontrol reducerer slaggdannelse.

Kan galvaniseret belægningstykkelse specificeres af kunden?

Ja. Produktstandarder definerer belægningsklasser efter masse pr. kvadratmeter, og kunden angiver den klasse, der passer til miljøet og levetiden, for eksempel Z275 til almindelig udendørs bygningsbrug.

Hvorfor ser belægningen på batch-galvaniseret stål tykkere ud end på plader?

Batch-galvanisering af fabrikerede artikler bruger længere nedsænkningstider uden aftørring, så de intermetalliske og eta-lag bliver tykkere. Kontinuerlige pladelinjer styrer tykkelsen præcist med luftknive, hvilket giver en tyndere, mere ensartet belægning.